Главная >> Лекции по ядерной физике >> Коэффициент размножения на быстрых нейтронах

8.1.4. Величина ε в "тесных" уран-водных решётках твэлов

Признаком "тесной" решетки является соизмеримость зазора между твэлами в ней со средней длиной пробега рассеяния быстрых нейтронов в воде:

(а_т - d_т) ~ (λ_s^з)_бн                                                    (8.1.9) 

Решётки твэлов в ТВС энергетических тепловых реакторов АЭС являются "тесными". Не только из-за стремления конструкторов реакторов расположить твэлы как можно плотнее, чтобы получить в ограниченном объёме активной зоны возможно большую тепловую мощность, но и потому, что именно "тесная" решётка позволяет иметь размножающие свойства гетерогенной композиции, близкие к оптимальным.

Что качественно нового можно увидеть в картине размножения на быстрых нейтронах  в "тесной" решётке твэлов сравнительно с размножением в "редкой" решетке?
Соизмеримость водного зазора между твэлами со средней длиной свободного пробега рассеяния в воде быстрых надпороговых нейтронов создаёт  возможность для рожденного в одном твэле быстрого нейтрона преодолевать сравнительно тонкий слой воды  без единого рассеяния и попадать в соседний твэл, оставаясь при этом надпороговым нейтроном, способным вызвать деление ²³⁸U в этом соседнем твэле (рис.8.5).

То есть соседние твэлы в "тесной" решетке имеют возможность обмениваться между собой быстрыми надпороговыми нейтронами, отчего скорость  делений ядер ²³⁸U в твэлах "тесной" решётки, естественно, возрастает по сравнению  со скоростью деления их в тех же твэлах, расставленных в "редкую" решётку, что приводит к возрастанию величины коэффициента  размножения на быстрых нейтронов сравнительно с величиной e_т в одиночном твэле (или, что то же - в "редкой" решетке тех же твэлов).

Это увеличение числа делений ядер ²³⁸U в твэле, обусловленное надпороговыми нейтронами, поставляемыми в твэл из соседних твэлов, принято называть перекрестным эффектом размножения на быстрых нейтронах.
Перекрестный эффект сильно усложняет картину размножения на быстрых нейтронах в "тесных" решётках твэлов для теоретического анализа, и единственным методом исследования влияния перекрестного эффекта на величину e остаётся экспериментальный метод.

Предпринятые в 50-ых годах экспериментальные исследования Батя и Цыганкова позволили получить полуэмпирическую формулу, связывающую величины коэффициентов размножения на быстрых нейтронах в "тесной" решётке твэлов уран-водных систем и в одиночных изолированных твэлах их:

В формуле Батя-Цыганкова:
 ε_т - коэффициент размножения на быстрых нейтронах в одиночном изолированном  твэле, рассчитываемый по формуле (8.1.7);
 (N_н/N₈) -  отношение  величин ядерных концентраций водорода в воде ячейки и урана-238 в топливной композиции твэлов;
 S_з^я, см² - площадь поперечного сечения, занятая водой в ячейке;
 S_т, см² - площадь поперечного сечения, занятая топливной композицией в ячейке.
По существу произведение двух заключенных в скобки отношений в знаменателе формулы (8.1.10) - есть не что иное как отношение общих количеств ядер водорода и урана-238 в ячейке. Факт нахождения этой величины в знаменателе формулы вполне согласуется с физическим смыслом:  чем больше водорода находится в ячейке, тем интенсивнее идет процесс замедления нейтронов в ней, тем больше быстрых нейтронов выбывают из процесса размножения на быстрых нейтронах  (т.к. в ячейке меньше остаётся надпороговых нейтронов), и тем меньше происходит в твэле делений ²³⁸U, а, значит, меньше становится величина ε; и чем больше ядер ²³⁸U содержится в ячейке, тем больше в ней делящегося под действием надпороговых нейтронов компонента топлива, тем больше скорость делений ядер ²³⁸U  и тем выше величина ε.

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: